DE1022421B

DE1022421B - Thermal power plant with a closed circuit of a gaseous working medium

Info

Publication number: DE1022421B
Application number: DEE13538A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Werner Spillmann
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1956-02-15
Filing date: 1957-01-22
Publication date: 1958-01-09

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftanlage mit geschlossenem Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels, bei welcher mindestens eine vom Arbeitsmittel durchflossene Strömungsmaschine mit einer elektrischen Maschine gekuppelt ist.The invention relates to a thermal power plant with a closed circuit of a gaseous working medium, in which at least one flow machine through which the working medium flows with an electrical Machine is coupled.

Bei Wärmekraftanlagen mit geschlossenem Arbeitsprozeß ist es wichtig, Verluste von Arbeitsgas in die Atmosphäre tunlichst zu vermeiden. Dies trifft in besonderem Maße dann zu, wenn es sich beim Arbeitsmittel um ein teueres Gas, wie z. B. Helium, handelt, wobei für die Deckung -der Leckverluste nicht nur die Arbeit für die Wiederverdichtung, sondern auch noch die Beschaffungskosten für das Ersatzgas in Betracht zu ziehen sind.In thermal power plants with a closed working process, it is important to avoid losses of working gas in the Avoid atmosphere as much as possible. This is particularly true Measure when the work equipment is an expensive gas, such as. B. helium, acts, whereby for the cover of leakage losses not only the Work for recompression, but also the procurement costs for the replacement gas are to be drawn.

Es ist daher schon vorgeschlagen worden, die Gehäuse der miteinander gekuppelten Strömungsmaschinen einer solchen Anlage gasdicht miteinander zu verbinden und gegen die Atmosphäre nur eine einzige Stopfbuchse bei der nach außen Arbeit abgebenden Welle vorzusehen. Es können daher nur noch bei dieser Stopfbüchse, welche naturgemäß nicht vollkommen dicht abschließen kann, Leckverluste auftreten. It has therefore already been proposed that the housing of the turbomachines coupled to one another such a system to be connected to each other in a gastight manner and only one against the atmosphere Stuffing box to be provided for the shaft delivering work to the outside. It can therefore only be used with This stuffing box, which naturally cannot seal completely tightly, leakage losses occur.

Die Erfindung bezweckt nun, bei einer Anlage der ■eingangs umschriebenen Art eine vollkommene Dichtheit gegen die Atmosphäre auch an jenen Stellen zu erreichen, an welchen eine Kraftübertragung zwischen einer Strömungsmaschine und einer elektrischen Maschine zu erfolgen hat. Zu diesem Behufe wird erfindungsgemäß das Gehäuse der elektrischen Maschine mit dem Gehäuse der Strömungsmaschiine gasdiicht verbunden und von der Atmosphäre abgeschlossen. Bei der elektrischen Maschine kann es sich dabei um einen Stromerzeuger, an welchen Arbeit abgegeben wird, oder auch um einen Motor zum Antreiben der Strömungsmaschine, wie etwa einen Anwurfmotor handeln. The aim of the invention is to achieve complete tightness in a system of the type described at the outset to reach against the atmosphere also in those places where a power transmission between a turbomachine and an electrical machine. To this end, according to the invention the housing of the electrical machine is gas-tight with the housing of the turbomachine connected and cut off from the atmosphere. The electrical machine can be one Power generator, to which work is given, or a motor to drive the turbo machine, act like a starter motor.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in simplified form in the drawing.

Der Arbeitskreislauf führt nacheinander durch einen Erhitzer 1, eine Hochdruckturbine 2, eine Niederdruckturbine 3, die Niederdruckseite eines Wärmeaustauschers 4, einen Kühler 5, «inen Niederdruckverdichter 6, einen Zwischenkühler 7, einen Hochdruckverdichter 8, die Hochdriuckiseite des Wärmeaustauschers 4 und dann von neuem durch den Erhitzer 1. Die Turbine 3 treibt den Verdichter 6 an und gibt außerdem Nutzleistung an eine elektrische Maschine, nämlich einen Stromerzeuger 9, ab, welcher mit dem Verdichter 6 gekuppelt ist. Das Gehäuse der Turbine 3 ist am äußeren Ende durch einen Deckel 10 gasdicht abgeschlossen, und es steht ferner auch mit dem Gehäuse des Verdichters 6 über ein die Welle umschließendes Rohr 11 in gasdichter Verbindung. Es wird WärmekraftanlageThe working cycle leads one after the other through a heater 1, a high pressure turbine 2, a low pressure turbine 3, the low pressure side of a heat exchanger 4, a cooler 5, a low pressure compressor 6, an intercooler 7, a high pressure compressor 8, the high pressure side of the heat exchanger 4 and then again the heater 1. The turbine 3 drives the compressor 6 and also outputs useful power to an electrical machine, namely a power generator 9, which is coupled to the compressor 6. The housing of the turbine 3 is sealed gas-tight at the outer end by a cover 10, and it is also in gas-tight connection with the housing of the compressor 6 via a tube 11 surrounding the shaft. It becomes a thermal power plant

mit geschlossenem Kreislaufwith closed circuit

eines gasförmigen Arbeitsmittelsof a gaseous working medium

Anmelder:Applicant:

Escher Wyss Aktiengesellschaft,
ίο Zürich (Schweiz)Escher Wyss Aktiengesellschaft,
ίο Zurich (Switzerland)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Albrecht, Patentanwalt,
Berlin-Frohnau, Edelhofdamm 26Representative: Dipl.-Ing. H. Albrecht, patent attorney,
Berlin-Frohnau, Edelhofdamm 26

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweiz vom 15. Februar 1956Switzerland from February 15, 1956

Dipl.-Ing. Dr. Werner Spillmann,Dipl.-Ing. Dr. Werner Spillmann,

Kilchberg, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt wordenKilchberg, Zurich (Switzerland),
has been named as the inventor

daher sowohl am äußeren Ende der Turbine 3 wie auch zwischen Turbine 3 und Verdichter 6 ein Austritt von Arbeitsgas in die Atmosphäre vollkommen verhindert. therefore an outlet both at the outer end of the turbine 3 and between the turbine 3 and the compressor 6 completely prevented from working gas into the atmosphere.

L¹IH nun auch bei der Leistung nach außen abgebenden Welle Stopfbüchsenverluste gänzlich zu verhindern, ist das Gehäuse der elektrischen Maschine 9 mit dem dieser Maschine zugewandten niederdruckseitigen Teil des Gehäuses des Verdichters 6 über einen den Wellenstrang zwischen den beiden Maschinen umschließenden rohrförmigen Teil 12 gasdicht verbunden und von der Atmosphäre abgeschlossen. Auf der Seite des freien Wellenendes des Stromerzeugers erfolgt der Abschluß des Gehäuses durch einen Deckel 13.L ¹ IH to completely prevent gland losses even in the case of the output shaft outputting to the outside, the housing of the electrical machine 9 is connected in a gas-tight manner to the part of the housing of the compressor 6 facing this machine on the low-pressure side via a tubular part 12 enclosing the shaft train between the two machines and shut off from the atmosphere. On the side of the free shaft end of the power generator, the housing is closed by a cover 13.

B-ai einer solchen Bauart wird zweckmäßig das Arbeitsgas selbst als Kühlmittel für dlie elektrische Maschine verwendet. Bei der dargestellten Anlage wird zu diesem Behufe der zur Kühlung erforderlichen Menge von Arbeitsgas der Übertritt von der Xiederdruckseite des Verdichters 6 in das Innere des Gehäuses des Stromerzeugers 9 gestattet. Diese Menge wird, nachdem sie als Kühlmittel gedient hat, durch eine Pumpe 14 über eine Leitung 15 in den Arbeitskreislauf zurückgefordert. Die Leitung 15 mündet an einer Stelle 16 in den Arbaitskreislauf, welche inStrömung'srichtung vor dem dem Verdichter 6 vorgeschalteten Kühler 5 liegt. Das zur Kühlung dienende Ar-B-ai of such a design is expedient that Working gas itself as a coolant for dlie electrical Machine used. In the case of the system shown, the cooling system is required for this purpose Amount of working gas that passes from the low pressure side of the compressor 6 into the interior of the Housing of the power generator 9 permitted. This amount gets through after it has served as a coolant a pump 14 is reclaimed into the working cycle via a line 15. The line 15 opens a point 16 in the work cycle, which is in the direction of flow in front of the cooler 5 connected upstream of the compressor 6. The type of cooling used

709 848.Ί69709 848.Ί69

beitsgas wird dann in diesem Kühler wieder auf die Ansaugtemperatur des Verdichters 6 abgekühlt. Dabei ist die Benutzung des Arbeitsgases zur Generatorkühlung und die Rückführung des zur Kühlung verwendeten Ar'beiisgasanteiles in den geschlossenen Kreislauf an sich bekannt und ist für sich allein nicht Gegenstand der Erfindung.Beitsgas is then cooled down again to the intake temperature of the compressor 6 in this cooler. Included is the use of the working gas for generator cooling and the return of that used for cooling Working gas content in the closed circuit is known per se and is not in itself the subject matter the invention.

Die Kühl wirkung in der elektrischen Maschine ist besonders gut, wenn der Kreislauf von einem Arbeitsgas mit kleinerem Molekulargewicht als Luft, bei- spielsweise von Helium, durchflossen ist. Auch diese Maßnahme ist an sich bekannt und für sich allein nicht Gegenstand der Erfindung. Durch entsprechende Bemessung von zwischen dem Gehäuse des Verdichters 6 und jenem des Stromerzeugers 9 geschalteten Labyrinthdichtungen kann erreicht werden, daß der Gasdruck im Gehäuse des Stromerzeugers ungefähr gleich jenem im Verdiahtergehäuse ist, oder auch, daß er tiefer liegt. ,The cooling effect in the electrical machine is particularly good when the cycle is controlled by a working gas with a lower molecular weight than air, for example helium flows through it. This measure is also known per se and on its own not the subject of the invention. By appropriately dimensioning between the housing of the compressor 6 and that of the power generator 9 connected labyrinth seals can be achieved that the Gas pressure in the generator housing is approximately the same as that in the Verdiahter housing, or that it lies deeper. ,

Das beschriebene Konstnjfeiionspriinzip ist bed der dargestellten Anlage auch-'tiei der mechanisch getrennt von der Maschinengruppe 3,6 angeordneten Hochdruckgruppe 2, 8 verwirklicht. Die Turbine 2 treibt den Verdichter 8 an. Normalerweise wird von dieser Gruppe weder Leistung nach, außen abgegegeben noch solche von außen bezogen. Für die Inbetriebsetzung ist aber der Verdichter 8 mit einem Anfahrmotor 17 gekuppelt. Auch hier werden Leckverluste von Arbeitsgas vollständig vermieden, indem nicht nur das Gehäuse der Turbine 2 am freien Ende durch einen Deckel 18 abgeschlossen ist und zwischen Turhinen- und Verdichtergehäuse durch ein rohrförmiges Zwischenstück 19 ein gasdichter Abschluß erzielt wird, sondern auch das Gehäuse des Anfahrmotors 17 mit dem Gehäuse des Verdichters 8 über ein rohrförmiges Stück 20 gasdicht verbunden und auch auf der Seite des freien Wellenendes durch einen Deckel 21 von der Atmosphäre abgeschlossen ist.The described principle of constancy is also implemented in the system shown, including the high-pressure groups 2, 8, which are mechanically separated from the machine group 3, 6. The turbine 2 drives the compressor 8. Normally, this group does not provide any services to the outside world, nor do they receive any from the outside. For the start-up, however, the compressor 8 is coupled to a starting motor 17. Here, too, leakage of working gas is completely avoided by not only closing the housing of the turbine 2 at the free end by a cover 18 and a gas-tight seal being achieved between the turbine and compressor housing by a tubular intermediate piece 19, but also the housing of the starting motor 17 is connected gas-tight to the housing of the compressor 8 via a tubular piece 20 and is also closed off from the atmosphere on the side of the free shaft end by a cover 21.

Vom Verdichter 8 in das Gehäuse des Anfahrmotors 17 übertretendes Arbeitsgas wird nach dessen Verwendung als Kühlgas durch eine Pumpe 22 über eine Leitung 23 an eine vor dem Zwischenkühler 7 liegende Stelle 24 des Arbeitskreislaufes zurückgeleitet.From the compressor 8 into the housing of the starting motor 17 exceeding working gas is after its use as cooling gas by a pump 22 via a Line 23 to an upstream of the intercooler 7 Position 24 of the working cycle.

Claims

Claims-.

1. Thermal power plant with a closed circuit of a gaseous working medium, in which at least one through which the work equipment flows Turbomachine is coupled to an electrical machine, characterized in that the housing of the electrical machine (9 or 17) with the housing of the turbomachine (6 or 8) is connected gas-tight and sealed from the atmosphere.

2. Thermal power plant according to claim 1, characterized in that means (14, 15 or 22, 23) are provided for the return line from the turbomachine into the electrical machine overflowing and for the latter serving as a coolant working gas in the working circuit.

3. Thermal power plant according to claim 1, characterized in that the housing of the electrical Machine (9) with the low-pressure side part of the housing of a through which the working gas flows Compressor (6) is connected.

4. Thermal power plant according to claims 2 and 3, characterized in that the for recirculation serving of the working gas from the housing of the electrical machine (9) in the working circuit Line (15) in front of a cooler (5) connected upstream of the compressor (6) into the working circuit joins.

5. Thermal power plant according to claims 1 and 2, characterized in that the circuit of a working gas with a lower molecular weight is traversed as air.

6. Thermal power plant according to claims 1 and 5, characterized in that the circuit is flowed through by helium as the working gas.

Documents considered: German Patent No. 859 696.

1 sheet of drawings